1. 光纖的結構是怎麼樣的？

2. 光纜的組成

3. 光纖的工作波長？

4. 最小色散波長和最小損耗波長

5. 什麼是光纖的色散？

6. 產生光纖衰減的原因是什麼？

7. 光纖的頻寬與什麼有關？

8. 什麼是插入損耗？

9. 什麼是回波損耗？

10. 光纖的纖芯尺寸是多少？

11. 什麼是模場直徑MFD

12. 什麼是數值孔徑NA？

13. 什麼是截止波長（Cutoff Wavelength）

14. 什麼是零色散波長（Zero Dispersion Wavelength）

15. 什麼是色散位移型光纖(DSF)

16. 什麼是非零色散型光纖(NZDF)？

17. 光纖如何分類

18. 目前用於傳輸網建設的光纖主要有哪些？

19. 什麼是單模光纖、多模光纖？

20. OS1, OS2, OM1, OM2, OM3, OM4, OM5

1. 光纖的結構是怎麼樣的？

光纖裸纖一般分為三層：纖芯、包層和塗覆層。

光纖的結構

光纖纖芯和包層是由不同折射率的玻璃組成，中心為高折射率玻璃纖芯(摻鍺二氧化矽)，中間為低折射率矽玻璃包層(純二氧化矽)。光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發生全發射（由於包層的折射率稍低於纖芯），從而可以在光纖中傳播。塗覆層的主要作用是保護光纖不受外界的損傷，同時又增加光纖的柔韌性。正如前面所述，纖芯和包層都是玻璃材質，不能彎曲易碎，塗覆層的使用則起到保護並延長光纖壽命的作用。

2.光纜的組成

光纖由純石英以特別的工藝拉絲成比頭髮還細中間有幾介質的玻璃管，它的質地脆易斷，因此需要外加一層保護層。光纖外層加上塑膠保護套管及塑膠外皮就成了光纜。

光纜包含光纖，光纖就是光纜內的玻璃纖維，廣泛上來說光纖是光纜，都是一種傳輸介質。但嚴格意義上講，兩者是不相同的產品，光纖和光纜的區別：光纖是一種傳輸光束的細而柔軟的媒質。多數光纖在使用前必須由幾層保護結構包覆，包覆後的纜線即被稱為光纜。所以光纖是光纜的核心部分，光纖經過一些構件極其附屬保護層的保護就構成了光纜。

3.光纖的工作波長？

光是由它的波長來定義，在光纖通訊中，使用的光是在紅外區域中的光，此處光的波長大於可見光。 在光纖通訊中，典型的波長是800到1600nm，其中最常用的波長是850nm、1310nm和1550nm。

Image source: fluxlight

在選擇傳輸波長時，主要綜合考慮光纖損耗和散射。目的是透過向最遠的距離、以最小的光纖損耗來傳輸最多的資料。在傳輸中訊號強度的損耗就是衰減。衰減度與波形的長度有關，波形越長，衰減越小。光纖中使用的光在850、1310、1550nm處的波長較長，故此光纖的衰減較小，這也導致較少的光纖損耗。並且這三個波長几乎具有零吸收，最為適合作為可用光源在光纖中傳輸。

Image source: foa.org

4.最小色散波長和最小損耗波長

在目前商用光纖中，什麼波長的光具有最小色散？什麼波長的光具有具有最小損耗？1310nm波長的光具有最小色散，1550nm波長的光具有最小損耗。

5.什麼是光纖的色散？

光纖色散是指由於光纖所傳輸的訊號是由不同頻率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，從而導致訊號的畸變。

光纖色散分為材料色散，波導色散和模式色散。前兩種色散由於訊號不是單一頻率所引起，後一種色散由於訊號不是單一模式所引起。訊號不是單一模式會引起模式色散。單模光纖只傳單一基模，所以只有材料色散和波導色散，沒有模式色散。而多模光纖則存在模間色散。光纖的色散不僅影響光纖的傳輸容量，也限制了光纖通訊系統的中繼距離。

模間色散，偏振模色散

6.產生光纖衰減的原因是什麼？

造成光纖衰減的原因主要有散射、吸收、彎曲、擠壓、以及聯結器和熔接接頭造成的光功率損耗。衰減的單位為dB/km，每公里光纖對光訊號功率的衰減值。瑞麗散射、固有吸收等是光纖的固有損耗，其中還有部分光纖內的光會在光纖彎曲時因散射而損失掉、或者在受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗等。同時光纖對接時也會產生損耗，如不同軸、端面與軸心不垂直、端面不平、對接心徑不匹配和熔接質量差等。

7.光纖的頻寬與什麼有關？

光纖的頻寬指的是：在光纖的傳遞函式中，光功率的幅值比零頻率的幅值降低50%或3dB時的調製頻率。光纖的頻寬近似與其長度成反比，頻寬長度的乘積是一常量。

8.什麼是插入損耗？

插入損耗是Insertion Loss（通常簡稱為IL），主要是指光纖中兩個固定點之間損耗的光的度量。可以理解為光通訊系統光纖鏈路中由於光器件的介入而引起的光功率的損失，單位是dB。

計算公式： IL=-10 lg（Pout /Pin）， Pout 為輸出光功率，Pin 為輸入光功率。

插入損耗的數值越小表示效能越好，例如，插入損耗為0.3dB優於0.5dB。一般來說，熔接和手動連線之間的衰減差異（小於0.1 dB）會小於光纖聯結器之間的連線。資料中心光纖佈線的建議的最大dB損耗量：LC多模光纖聯結器最大為15dB， LC單模聯結器為最大15dB， MPO/MTP多模光纖聯結器最大為20dB，MPO/MTP單模光纖聯結器最大為30dB。

9.什麼是回波損耗？

當光纖訊號進入或離開某個光器件元件時（例如光纖聯結器），不連續和阻抗不匹配將導致反射或回波，反射或返回的訊號的功率損耗，即為回波損耗，Return Loss（簡稱RL）。插入損耗主要是測量當光鏈路遇到損耗後的結果訊號值，而回波損耗則是對光鏈路遇到元件接入時對反射訊號損耗值的測量。

計算公式：RL=-10 lg（P0/P1）, P0表示反射光功率，P1表示輸入光功率。

回波損耗值表示為dB，通常為負值，因此回波損耗值越大越好，典型規格範圍為-15至-60 dB。按照行業標準，Ultra PC拋光光纖聯結器的回波損耗應大於50dB，斜角拋光的回波損耗通常大於60dB。PC型別應大於40dB。對於多模光纖，典型的RL值介於20至40 dB之間。

10.光纖的纖芯尺寸是多少？

纖芯尺寸就是光纖纖芯的物理尺寸。多模光纖的纖芯尺寸介於7um和3mm之間，最常見的是50um，62.5um，100um和200um。資料通訊的行業標準現在是使用石英玻璃纖維的50um和62.5um多模。單模石英玻璃纖維的典型芯尺寸為8.3um。對於塑膠光纖，其纖芯尺寸範圍為0.25mm至3mm，其中最受歡迎的是1mm。

光纖的纖芯尺寸

11.什麼是模場直徑？

模場直徑(MFD--Mode Field Diameter)，用來表徵在單模光纖的纖芯區域基模光的分佈狀態。儘管大多數光訊號在光纖纖芯內部傳播，但實際上它會傳播透過稍大的體積，包括光纖包層的內邊緣。該有效面積成為光纖的模場直徑。在截止值以上工作的電信光纖中，纖芯直徑可能約為9 µm，MFD約為10.4 µm。使用非常高的NA光纖（約0.2或0.3），纖芯直徑僅為幾微米，而MFD可能約為5 µm。對於傳輸光纖而言，模場直徑越大越好。

模場直徑

12.什麼是數值孔徑NA？

光纖的集光能力不僅取決於光纖芯的尺寸，還取決於其接收角度。接受角是光線可以進入光纖並被捕獲在光纖芯中的角度範圍。接受角和數值孔徑是用於描述與光在光纖中傳播相關的角度的品質因數。接收角半形的正弦值稱為數值孔徑– NA（Numeric Aperture），NA=sinθ。通常，對於50um漸變折射率多模光纖，數值孔徑為0.20。對於62.5um漸變折射率多模光纖，數值孔徑為0.28。

數值孔徑NA

13.什麼是截止波長（Cutoff Wavelength）

截止波長是指單模光纖通常存在某一波長，當所傳輸的光波長超過該波長時，光纖就只能傳播一種模式（基模）而在該波長之下，光纖可能傳播多種模式。當波長大於某一值時，某特定模式不再存在，該波長就稱為此模式的截止波長。

14.什麼是零色散波長（Zero Dispersion Wavelength）

當波導色散與材料色散在某個波長互相抵消，使總的色度色散趨近於零時，該波長即為零色散波長。常規型單模光纖的零色散波長在1310nm附近，最低損耗在1550nm附近。在1550nm處有一個較高的正色散值。ITU—T建議的G.652光纖和G.654光纖都屬於這種型別。零色散波長在1300～1324 nm，最大色散D(λ)<3.5 ps/(nm•km)。色散斜率S。≤0．093/(nm²•km)。

15.什麼是色散位移型光纖(DSF)？

色散位移光纖就是透過改變光纖的結構引數、折射率分佈形狀，力求加大波導色散，從而將零色散點從1310nm位移到1550nm，實現1550nm處最低衰減和零色散波長一直。這種光纖工作波長在1550nm區域。它非常適合 於長距離單通道光纖通訊系統。

16.什麼是非零色散型光纖(NZDF)？

光纖在1550nm波長處色散不為零，故稱為非零色散位移光纖。它在1550nm波長區域具有合理的低色散，足以支援10Gbit/s的長距離傳輸而無需色散補償，同時其色散值又保持非零特性來抑制四波混頻和交叉相位調製等非線性效應的影響。這種光纖主要使用密集波分複用傳輸系統。

17.光纖如何分類

如按光的模式可分為單模光纖、多模光纖。按折射率分：跳變式光纖和漸變式光纖。按組成成分分為石英光纖、含氟光纖、塑膠光纖。按工作波長分為短波長光纖（波長典型值為850nm），長波長光纖（波長為1310nm，1550nm）

18.目前用於傳輸網建設的光纖主要有哪些？

其中根據ITU標準，將光纖分為七種：G651，G652，G653，G654，G655，G656，G657，其中常用的是G652、G657。

多模光纖

G.651光纖（多模漸變型折射率光纖）

單模光纖

G.652（色散非位移單模光纖）

G.653（色散位移光纖）

G.654（截止波長位移光纖）

G.655（非零色散位移光纖）

G.656（低斜率非零色散位移光纖）

G.657（耐彎光纖）

19.什麼是單模光纖、多模光纖？

單模光纖(Single Mode Fiber)，光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發生全發射，當直徑較小時，只允許一個方向的光透過，即為單模光纖；單模光纖的中心玻璃芯很細，芯徑一般為8.5或9.5μm，並在1310和1550nm的波長下工作。

多模光纖(Multi Mode Fiber)，就是允許有多個導模傳輸的光纖。多模光纖的纖芯直徑一般為50μm/62.5μm，由於多模光纖的芯徑較大，可容許不同模式的光於一根光纖上傳輸。多模的標準波長分別為850nm和1300nm。還有一種新的多模光纖標準，稱為WBMMF(寬頻多模光纖)，它使用的波長在850nm到953nm之間。

單模光纖和多模光纖，兩者的包層直徑都為125μm。

單模光纖和多模光纖

19.OS1, OS2, OM1, OM2, OM3, OM4, OM5

OS1和OS2都是單模光纖，OS1：較早前使用的普通單模光纖；OS2：現正在使用的普通光纖，低水峰光纖。 一般來說，OM1為常規62.5/125um；OM2為常規50/125um；OM3是850nm鐳射最佳化的50um芯徑多模光纖，在採用850nm VCSEL的10Gb/s乙太網中，光纖傳輸距離可以達到300m；OM4是OM3的升級版，OM4多模光纖優化了OM3多模光纖在高速傳輸時的產生的差模延遲（DMD），因此傳輸距離有大幅度的提高，光纖傳輸距離可以達到550m；OM5光纖跳線是TIA和IEC定義的光纖跳線新標準，纖徑為50/125μm，與OM3和OM4光纖跳線相比，OM5光纖跳線可以用於更高頻寬的應用。不同等級傳輸時的頻寬和最大距離不同。

OS1, OS2, OM1, OM2, OM3, OM4, OM5

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